DE2124031A1

DE2124031A1 - Heavy duty bearing material - combines low friction and high wearing props

Info

Publication number: DE2124031A1
Application number: DE19712124031
Authority: DE
Inventors: Michael Banks Bristol; Benion Robert Somerset; Harrison (Großbritannien)
Original assignee: Ampep Industrial Products Ltd
Current assignee: Ampep Industrial Products Ltd
Priority date: 1971-05-14
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1972-11-23

Abstract

A bearing material comprises a fabric contg. filaments of low-friction material, esp. PTFE or other fluorocarbons, and filaments of material with a high elastic modulus, esp. carbon fibres. In a prefd. arrangement, these filaments are in the warp, the weft being of glass-fibres.

Description

Lagerwerkstoff Die Erfindung bezieht sich auf Lagerwerkstoffe niedriger Reibung und Verfahren zur Herstellung von Lagern unter Verwendung dieser Werkstoffe. Werkstoffe mit niedriger Reibung, z. B. Fäden aus einem Fluorkohlenstoff, wie Polytetrafluoräthylen, wurden mit Erfolg in der Form von Geeben entweder mit oder ohne Kunstharzbindeiuittel als Lagerwerkstoff mit niedriger Reibung verwendet (s. z. B. GB-PS 84r 547), und die Reibungskoeffizienten bei niedrigen Reibungsgeschwindigkeiten und bei Lagerdrücken zwischen 7,03 und 42, 19 kg/mm² erreichten nach häufigen Berichten so niedrige vierte wie 0,03. Bearing material The invention relates to lower bearing materials Friction and method of making bearings using these materials. Low friction materials, e.g. B. Threads made of a fluorocarbon, such as polytetrafluoroethylene, have been used with success in the form of fabrics either with or without resin binders used as a bearing material with low friction (see e.g. GB-PS 84r 547), and the coefficients of friction at low friction speeds and at bearing pressures between 7.03 and 42.19 kg / mm² reached as low a fourth according to frequent reports like 0.03.

Es wurde festgestellt, daß bei den sehr hohen Lagerdrücken, die man bei der gegenwärtigen Luftraumtcchnologic antrifft, d. h. dräcken von 21,09 kg/mm² und mehr, schnell ein anfänglicher Spalt in Polytetrafluoräthylengewebelagern auftritt, was zu einer Zeitverzögerung bei Steueransprechvorgängen und manchmal zu einem Verlut der Steifheit bei Steueroberflächenscharnieren führt. Dieser Anfangsspalt entwickelt sich vermutlich als Ergebnis einer viskosen Schicht von Polytetrafluoräthylen, die an der Lagergegenfläche haftet und von den Kämmen des Gewebematerials in die Zwischenräume fließt, sowie etwas Polytetrafluoräthylen in der Form von Abfall, der von der Lagereinheit abgegeben wird. It was found that at the very high bearing pressures that one encountered with current airspace technology, d. H. pressures of 21.09 kg / mm² and more, quickly an initial gap in polytetrafluoroethylene fabric bearings occurs causing a time delay in control responses and sometimes leads to a loss of stiffness in control surface hinges. This initial gap presumably develops as a result of a viscous layer of polytetrafluoroethylene, which adheres to the counter surface and from the combs of the fabric material into the Gaps flows, as well as some polytetrafluoroethylene in the form of waste, which is delivered from the storage unit.

Noue Werkstoffe, z. B. Kohlenstoffasern hohen Elastizitätsmoduls oder hoher Festiglceit, besitzen bekanntlich mit Kunstharzbindemitteln als Lagerwerkstoffe ausgezeichnete Steifheitseigenschaften, und es wurden erhebliche Verringerungen der Verschleißgeschwindigkeit dieser neueren Lagerwerkstoffe berichtet. Noue materials, e.g. B. high modulus of elasticity carbon fibers or high Festiglceit, are known to have synthetic resin binders as bearing materials excellent stiffness properties and there have been significant reductions the rate of wear of these newer bearing materials is reported.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lagerwerkstoff zu schaffen, der sowohl eine niedrige Reibung als auch gute Anfangsverschleißeigenschaften bei erhöhter Steifheit aufeist. The invention is based on the object of a bearing material create that has both low friction and good initial wear properties with increased stiffness.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Lagerwerkstoff, der im wesentlichen aus einem Gewebe aus einer Mischung von Fäden aus einem Stoff mit niedriger Reibung und Fäden aus einem Stoff mit hohem Elastizitätsmodul besteht. The invention, with which this object is achieved, is a Bearing material, which essentially consists of a fabric made from a mixture of threads made of a fabric with low friction and threads made of a fabric with a high modulus of elasticity consists.

Mit dem Begriff "Stoff mit hohem Elastizitcitsmodul" ist ein Werkstoff gemeint, der einen Elastizittsmodul vou nicht unter 30 x 106 aufweist. With the term "substance with high modulus of elasticity" is a material is meant that has a modulus of elasticity vou not less than 30 x 106.

Die Fäden des Gewebes können zur weiteren Steigerung der Steifheit des Gesamtmaterials mit einem Kunstharzbindemittel überzogen sein, das, wenn erforderlich, auch als Klebstoff zum Verkleben des Lagerwerk stoffs mit einer Trägerunterlage dient. Das Kunstharzbindemittel kann thermoplastisch oder wärmehärtend sein, wobei der erhaltene Werkstoff ein kompaktes Gewebe aus gemischten Fäden umfaßt, die mit dem Kunstharzbindemittel innig verkettet sind. The threads of the fabric can be used to further increase the stiffness of the entire material must be coated with a synthetic resin binder, which, if necessary, also as an adhesive for gluing the storage material to a carrier pad serves. The synthetic resin binder can be thermoplastic or thermosetting, whereby the material obtained comprises a compact fabric of mixed threads, which with are intimately linked to the synthetic resin binder.

Der Anteil des Verkstoffes mit niedriger Reibung am Gesamtgewicht des Gewebes kann in Abhängigkeit von den orforderlichen Lagereigenschafton in weiten Grenzen zwischen 1 bis 99 % varileren. The proportion of the total weight of the material with low friction of the fabric can vary depending on the required storage properties Limits vary between 1 and 99%.

Vorzugabeise ist der W werkstoff mit niedriger Reibung ein Fluorkohlenstoff, z. B. Polytetrafluoräthylen, und die Fäden des Verstärkungswerkstoffs sind Kohlenstoffasern mit hohem Elastizitätsmodul oder hoher Festigkeit. In diesem Zusammenhang werden Kohlenstoffasern mit hohem Elastizitätsmodul (Typ 1) bzw. mit hoher Festigkeit (Typ 2) klassifiziert, doch fallen beide Typen in den 13ereich der Definition "stoff mit hohem Elastizitätsmodul", die oben erwähnt rist. Tatsächlich ist die Zugfestigkeit des Typs 1 der Kohlenstoffasern 140,62 bis 210,93 kg/mm², und der Elastizitätsmodul dieser besonderen Fasern ist 55 bis 65 x 106, während die entsprechenden @erte für den Typder Fasern 246, 1 bis 316,4 kg/mm² bzw. 35 - 45 x 106 @@n@, woh@r ihre Qualifizierung als "mit hohem Elastizitätsmodul" bzw. "mit boher festigkeit" stammt. Es versteht sich, daß der Versteifungswerkstoff den Lagerwerkstoff @er-@@ärkt, u@ mine Lastaufnahmseigneschaften zu verbessern. Preferably the low friction material is a fluorocarbon, z. B. polytetrafluoroethylene, and the threads of the reinforcing material are carbon fibers with high modulus of elasticity or high strength. In this context will be Carbon fibers with a high modulus of elasticity (type 1) or with high strength (type 2) classified, but both types fall within the scope of the definition "substance with high modulus of elasticity "mentioned above. In fact, the tensile strength of type 1 carbon fibers 140.62 to 210.93 kg / mm², and the elastic modulus this particular fiber is 55 to 65 x 106, while the corresponding value for the type of fibers 246, 1 to 316.4 kg / mm² or 35 - 45 x 106 @@ n @, with their qualification as "with a high modulus of elasticity" or "with boher strength". It understands that the stiffening material reinforces the bearing material @er - @@, u @ mine load-bearing properties to improve.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen Fig. 1 einen stark vergrößerten Querschnitt durch ein Lagerwerkstoffgewebe; Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch ein zweites Lagerwerkstoffgewebe; Fig. 3 einen Schnitt durch das Lagerwerkstoffgewebe nach Fig. 1 bzw. 2 nach Beschichtung mit einer Trägerunterlage; und Fig. 4, 5 und 6 ein selbstausrichtendes Lager mit dem beschichteten Lagerwerkstoff nach Fig. 3 in den einzelnen Schritten der Herstellung. The invention is illustrated with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail; 1 shows a greatly enlarged Cross section through a bearing material fabric; Fig. 2 shows a similar section through a second bearing material web; 3 shows a section through the bearing material fabric 1 or 2 after coating with a carrier substrate; and Figs. 4, 5 and 6 shows a self-aligning bearing with the coated bearing material according to FIG. 3 in the individual steps of manufacture.

Nach Fig. 1 ist das Gewebe aus einer Mischung von Polytetrafluoräthylenfäden 1 und 1000/Faser-Hochfestigkeitskohlenstoffäden 2 in der Lageroberfläche gewebt. In diesem Gewebe sind die Kohlenstoffäden auf die Kettfädenenden begrenzt und vor dem Weben mit einer Wärmehärtharzlösung geschlichtet, um Faserbrüche zu verhindern. Das Gelbe umfaßt sowohl Pölytetrafluoräthylenschüsse 3 als auch Glasfaserschüsse lS, und die genauen textiltechnischen Einzelheiten sind folgende: Oberseite Kettfädenenden 80 200 Denier Polytetrafluoräthylen 10 1000 Faser-Kohlenstoffäden Schüsse 65 200 Denier Polytetrafluoräthylen Rückseite Schüsse 65 Glasfäden Das Gewebe nach Fig. 2 ist grundsätzlich gleich dem nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß keine Glasfädenschüsse vorliegen, obwohl einige Glaskettfädenenden 5 an der Rückseite des Gewebes anstelle von Kohlenstoffkettfädenenden verwendet sind. Der Zweck des Einfügens von Glasfäden anstelle von Kohlenstoffäden sowohl nach Fig. 1 als auch nach Fig. 2 ist der, die Kosten der Werkstoffe zu senken. According to Fig. 1, the fabric is made of a mixture of polytetrafluoroethylene threads 1 and 1000 / fiber high strength carbon threads 2 woven in the bearing surface. In this fabric, the carbon threads are limited to the warp thread ends and in front size after weaving with a thermosetting resin solution to prevent fiber breakage. The yellow includes both polytetrafluoroethylene wefts 3 and fiberglass wefts IS, and the exact technical textile details are as follows: Top side of the warp thread ends 80 200 denier polytetrafluoroethylene 10 1000 fiber-carbon threads Shots 65 200 denier polytetrafluoroethylene back wefts 65 glass threads The fabric after Fig. 2 is basically the same as that of Fig. 1 with the exception that no glass thread wefts are present, although some glass warp thread ends 5 are held at the back of the fabric of carbon warp ends are used. The purpose of inserting glass threads instead of carbon threads in both Fig. 1 and Fig. 2 is that which Reduce the cost of materials.

Die Einzelheiten des Gewebes nach Fig. 2 sind folgende: Oberseite Eettfädenenden 30 400 Denier Polytetrafluo räthyl en 10 1000 Faser-Kohlenstoffäden Schüsse 78 400 Denier Polytetrafluoräthyl en Rückseite Kettfäden 30 Glas fladen Nach Entfernung der Schlichte vom Gewebe kann jedes dieser Gewebe nach Fig. 1 und 2 auf ein Glasgewebe, das mit einem wärmehärtenden Phenolformaldehyd-Kunstharz vorimprägniert ist, aufgeschichtet werden, um eine Zweilagenschicht zu bilden, bei der das Polytetrafluoräthylen-Kohlenstoffgarn zuoberst liegt, wie in Fig0 3 dargestellt ist, in der das Polytetrafluoräthylen-Kohlenstoffgewebe mit der Bezugsziffer 6 und das Glasgewebe mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet sind.The details of the fabric of Figure 2 are as follows: Top Etching thread ends 30 400 denier polytetrafluoroethylene 10 1000 fiber-carbon threads Wefts 78 400 denier polytetrafluoroethylene reverse side warp threads 30 glass fladen After removal of the size from the fabric, each of these fabrics according to FIGS. 1 and 2 on a glass fabric which is pre-impregnated with a thermosetting phenol-formaldehyde synthetic resin is to be stacked to form a two-ply layer in which the polytetrafluoroethylene carbon yarn on top is, as shown in Fig0 3, in which the polytetrafluoroethylene carbon fabric with the reference number 6 and the glass fabric with the reference number 7.

Bei einer bevorzugten Verwendung des Lagerwerkstoffes (entsprechend.Fig. 4, 5 und 6) wird das Zweilagengewebe in einem flexiblen oder halb ausgehärteten Zustand in eine Metallbuchse 8 mit oder ohne Klebstoffüberzug eingepaßt, und ein kugelförmiges Werkstück 9 mit Zentralbohrung wird in die so ausgekleidete Buchse eingefügt Die Buchse wird dann in Halbkugelformen plastisch verfomt (Fig. 5), und dann wird das Ganze erhitzt, um das rhuns-sharz auszuhärten, wobei die Verformung derart ist, daß I äußere Buchse einen angemessenen Druck auf den eingeschlossenen Lagerwerkstoff 6, 7 ausübt, um den erforderlichen Verbindungsdruck und/oder Aushärtezustand während dieses Aushärteschrittes zu erzielen. Das kugelförmige Werkstück 9 wird nach dem Aushärten des Lagerwerkstoffes innerhalb der Einheit lose beweglich gemacht, was man sich erleichtern kann, indem man das kugelförmige Werkstück, wenn erforderlich, vorher mit einem geeigneten Formtrennmittel überzieht. Das so gebildete selbstausrichtende Lager kann durch weiteres Abarbeiten (Fig. 6) der plastisch verformten äußeren Buchse 8 vollendet werden. With a preferred use of the bearing material (according to Fig. 4, 5 and 6) the two-layer fabric is in a flexible or semi-cured State fitted into a metal sleeve 8 with or without an adhesive coating, and a spherical workpiece 9 with a central bore is inserted into the socket lined in this way inserted The socket is then plastically deformed into hemispherical shapes (Fig. 5), and then the whole thing is heated to harden the rhuns-sharz, causing the deformation is such that I put adequate pressure on the enclosed outer socket Bearing material 6, 7 exerts the required connection pressure and / or hardening state to achieve during this curing step. The spherical workpiece 9 is after hardening of the bearing material made loosely movable within the unit, what can be made easier by removing the spherical workpiece, if necessary, coated beforehand with a suitable mold release agent. The self-aligning one thus formed Bearing can by further processing (Fig. 6) the plastically deformed outer bush 8 to be completed.

So hergestellte Lager wurden dynamisch getestet, indem man eine einseitig gerichtete konstante Belastung auf das äußere Laufring- oder Buchsenstück einwirken ließ, während das innere kugelförmige l1erkstück über einen Winkel von + 250 bei Frequenzen von 10 und 40 Zyklen je Minute hin- und herschwenkt. Die Lageroberflächenbelastung 2 war 17;58 kg/mm , berechnet aus der projizierten Fläche bei der Lasteinwirkung; Um die verbesserten Lagereigenschaften des Lagerwerkstoffs gemäß der Erfindung zu zeigen, wurden die gleichen Versuche auch an Standardlagern durchgeführt, die in der Luftraumindustrie verwendet werden und Lagergewebe mit 100 % Polytetrafluoräthylenfäden in der gewebten Oberfläche aufweisen. Die Ergebnisse dieser Versuche waren folgene: Zahl der Frequenz Verschleiß Zyklen in Zyklen/min in mm 100 % Polytetrafluor- 26,900 10 0,11 mm äthylenfäden an der 76,465 40 0,17 mm Oberfläche 76,465 40 0,18 mm Gewebe nach Figur 1 26,900 10 0,025 mm Gewebe nach Figur 2 132,960 40 0,071 mm 132,960 40 o,o56 mm Die Versuchsergebnisse bei diesem Beispiel zeigen, daß die kombinierten Polytetrafluoräthylen-Içohlenstoff-Fadengewebe niedrigere Verschleißwerte als die gegenwärtig verwendeten 100-Cp-Polytetrafluoräthylenlagerflächengewebe aufweisen. Bearings made in this way were dynamically tested by placing a one-sided directed constant load act on the outer race or bush piece left, while the inner spherical adapter over an angle of + 250 Oscillating frequencies of 10 and 40 cycles per minute. The bearing surface load 2 was 17: 58 kg / mm calculated from the projected area when the load was applied; Around to show the improved bearing properties of the bearing material according to the invention, the same tests were carried out on standard bearings used in the airspace industry can be used and bearing fabric with 100% polytetrafluoroethylene threads in the woven Have surface. The results of these tests were as follows: Number of frequency Wear cycles in cycles / min in mm 100% polytetrafluor- 26,900 10 0.11 mm ethylene threads on the 76.465 40 0.17 mm surface 76.465 40 0.18 mm fabric according to Figure 1 26.900 10 0.025 mm tissue according to Figure 2 132.960 40 0.071 mm 132.960 40 o, o56 mm The test results in this example show that the combined polytetrafluoroethylene-carbon thread fabric lower wear values than the 100 Cp polytetrafluoroethylene bearing surface fabrics currently in use exhibit.

Das mit Klebstoff oder Harz überzogene Gewebe kar in einem flexiblen oder teilweise ausgehärteten Zustand i. ein Metallgehäuse mit oder ohne Klebüberzug eingepaßt werden, und man kann eine Zwischeneinpaßwerkzeugform einführen, um einen angemessenen Form- und/oder Verbindungsdruck auf die Lageroberfläche auszuüben. Die Einheit wird dann auf die erforderliche Verfahrenstemperatur zur Erzielung des benötigten Verbindungs undYoder Härtezustands erwärmt. Nach dem Abkühlen der Einheit und Entfernen des Werkzeugs kann die Lagereinheit in ihrer jeweiligen Form verwendet werden, wenn.sie dimensionsmäßig ausreichend genau ist, oder nachträglich noch bearbeitet werden, wenn man eine größere Genauigkeit wünscht. The fabric coated with glue or resin is wrapped in a flexible one or partially cured state i. a metal case with or without an adhesive coating be fitted, and one can insert an intermediate fitting tool mold to one apply adequate molding and / or joining pressure to the bearing surface. The unit is then brought to the required process temperature to achieve the required connection andY or hardness state heated. To to the Cooling down the unit and removing the tool can leave the storage unit in its respective shape can be used if it is dimensionally accurate enough, or can be edited afterwards if you want greater accuracy.

Alternativ lassen sich statt der oben erwähnten Kohlenstoffasern als Verstärkungsmaterial Borfasern (Zugfe-2 6 stigkeit 281,2 kg/mm², Elastizitätsmodul 60 x 106) oder auch Stahldraht (Zugfestigkeit 281,2 - 421,9 kg/mm², Elastizitätsmodul 30 x 106) verwenden. Alternatively, instead of the above-mentioned carbon fibers boron fibers as reinforcement material (tensile strength 281.2 kg / mm², modulus of elasticity 60 x 106) or steel wire (tensile strength 281.2 - 421.9 kg / mm², modulus of elasticity 30 x 106).

Claims

Bearing material, not shown by a fabric (6) a mixture of threads (1) made of a fabric with low friction and threads (2) Made of a fabric with a high modulus of elasticity.

2. Bearing material according to claim 1, characterized in that the Threads (1 and 2) are coated with a synthetic resin and the fabric (6) with the synthetic resin is attached to a support base (7).

3. Bearing material according to claim 1 or 2, characterized in that g that the low friction fabric is a fluorocarbon.

4. Bearing material according to claim 3, characterized in that the Low friction material is polytetrafluoroethylene.

5. Bearing material according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the threads from the fabric with high modulus of elasticity made from carbon fibers high modulus of elasticity or high strength.

6. Bearing material according to claim 2 or any claim dependent thereon, characterized in that the support base (7) is made of synthetic resin-impregnated glass fabric consists.

7. Bearing material according to coats 4 and 5, characterized in that that the fabric made of polytetrafluoroethylene and carbon fiber warp thread ends (1 and 2) and polytetrafluoroethylene and glass thread wefts (3 and 4) composed is.

8. Bearing material according to claims 4 and 5, characterized in that that the fabric of polytetrafluoroethylene, carbon fiber and glass thread warp ends (1, 2 and 5) and Polytetrafluoräthylen-S hussen (3) consists.

9. Use of a bearing material according to one of claims 1 to 8 for bearings, especially self-aligning bearings.